Ученые «оживили» фермент возрастом 3,2 млрд лет для поиска внеземной жизни
pxhere.com
Учёные из Университета Висконсин–Мэдисон применили методы синтетической биологии для реконструкции фермента, существовавшего около 3,2 миллиарда лет назад. Работа, опубликованная в журнале Nature Communications, предлагает новый подход к изучению происхождения жизни на Земле и поиску её возможных следов за пределами нашей планеты.
Команда под руководством профессора бактериологии Бетюль Качар и докторанта Холли Ракер сосредоточилась на нитрогеназе — ферменте, который играет ключевую роль в превращении атмосферного азота в форму, доступную для живых организмов. По словам исследователей, без нитрогеназы жизнь в привычном нам виде попросту не смогла бы существовать.
Вместо того чтобы опираться исключительно на геологическую летопись, которая содержит редкие и фрагментарные свидетельства ранней жизни, учёные воссоздали предполагаемую ДНК древнего фермента, внедрили её в современные микробы и изучили работу этого «предка» в лабораторных условиях. Такой подход позволяет восполнить пробелы в знаниях о биохимии ранней Земли.
Около трёх миллиардов лет назад планета выглядела иначе: до Великого кислородного события атмосфера была богата углекислым газом и метаном, а жизнь существовала преимущественно в форме анаэробных микроорганизмов. Понимание того, как эти микробы получали азот, даёт более точное представление о том, как жизнь выживала и эволюционировала в докислородную эпоху.
Особое внимание исследователи уделили изотопным сигнатурам — химическим «отпечаткам», которые сохраняются в древних породах. Ранее считалось, что древние ферменты работали так же, как современные, но это предположение оставалось непроверенным. Эксперимент показал, что, несмотря на отличия в ДНК, механизм формирования изотопных сигнатур у нитрогеназы за миллиарды лет практически не изменился.
Этот результат подтвердил корректность интерпретации геологических данных и указал на удивительную стабильность ключевых биохимических процессов. Учёные планируют выяснить, почему именно этот механизм оказался настолько устойчивым, в то время как другие части фермента эволюционировали.
Работа имеет важное значение и для астробиологии. Нитрогеназа теперь рассматривается как надёжная биосигнатура — признак, по которому можно судить о существовании жизни. Это даёт консорциуму MUSE, которым руководит Качар, более чёткие критерии для поиска следов жизни на других планетах.
Исследователи подчёркивают, что понимание ранней истории Земли является ключом к поиску жизни во Вселенной. Изучая биохимию древнейших организмов, учёные получают инструменты, которые помогут распознавать жизнь не только в прошлом нашей планеты, но и в потенциально обитаемых мирах за её пределами, пишет источник.
